Een van de onopgeloste mysteries in de moderne wetenschap is waarom de uitdijing van het universum lijkt te versnellen. Sommige wetenschappers beweren dat het te wijten is aan een theoretische donkere energie die de aantrekkingskracht van de zwaartekracht tegengaat, terwijl anderen denken dat de lang aanvaarde zwaartekrachttheorie van Albert Einstein zelf misschien moet worden aangepast.

Terwijl astrofysici antwoorden zoeken in de bergen gegevens die zijn verzameld uit astronomische waarnemingen, ze ontdekken dat inconsistenties in die gegevens uiteindelijk tot de waarheid kunnen leiden.

"Dit is als een detectiveverhaal, waar inconsistent bewijs of getuigenis zou kunnen leiden tot het oplossen van de puzzel, " zei Dr. Mustapha Ishak-Boushaki, hoogleraar astrofysica aan de School of Natural Sciences and Mathematics van de University of Texas in Dallas.

Ishak-Boushaki en zijn promovendus Weikang Lin hebben een nieuw wiskundig hulpmiddel ontwikkeld dat inconsistenties in kosmologische gegevens die door verschillende wetenschappelijke missies en experimenten zijn verzameld, identificeert en kwantificeert. Hun bevindingen zouden licht kunnen werpen op het raadsel van de kosmische versnelling en een aanzienlijke invloed kunnen hebben op ons begrip van het universum.

Hun meest recente onderzoek, gepubliceerd in oktober vorig jaar in het tijdschrift Fysieke beoordeling D , werd op 4 juni gepresenteerd tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society in Denver.

"De inconsistenties die we hebben gevonden, moeten worden opgelost terwijl we naar een meer precieze en nauwkeurige kosmologie gaan, " zei Ishak-Boushaki. "De implicaties van deze discrepanties zijn dat sommige van onze huidige datasets systematische fouten bevatten die moeten worden geïdentificeerd en verwijderd, of dat het onderliggende kosmologische model dat we gebruiken onvolledig is of problemen heeft."

Een modeluniversum

Astrofysici gebruiken een standaardmodel van kosmologie om de geschiedenis te beschrijven, evolutie en structuur van het heelal. Van dit model, ze kunnen de leeftijd van het heelal berekenen of hoe snel het uitdijt. Het model bevat vergelijkingen die het uiteindelijke lot van het universum beschrijven - of het zal blijven uitdijen, of uiteindelijk de uitzetting vertragen als gevolg van de zwaartekracht en ineenstorten in een grote crunch.

Er zijn verschillende variabelen - kosmologische parameters genoemd - ingebed in de vergelijkingen van het model. Numerieke waarden voor de parameters worden bepaald op basis van waarnemingen en omvatten factoren zoals hoe snel sterrenstelsels van elkaar weg bewegen en de dichtheid van materie, energie en straling in het heelal.

Maar er is een probleem met die parameters. Hun waarden worden berekend met behulp van datasets van veel verschillende experimenten, en soms komen de waarden niet overeen. Het resultaat:systematische fouten in datasets of onzekerheid in het standaardmodel.

"Ons onderzoek kijkt naar de waarde van deze parameters, hoe ze worden bepaald uit verschillende experimenten, en of er overeenstemming is over de waarden, ' zei Ishak-Boushaki.

Nieuwe tool vindt inconsistenties

Het team van de UT Dallas ontwikkelde een nieuwe maatregel, de index van inconsistentie genoemd, of IOI, die een numerieke waarde geeft aan de mate van onenigheid tussen twee of meer datasets. Vergelijkingen met een IOI groter dan 1 worden als inconsistent beschouwd. Degenen met een IOI van meer dan 5 worden als sterk inconsistent gerangschikt.

Bijvoorbeeld, de onderzoekers gebruikten hun IOI om vijf verschillende technieken te vergelijken voor het bepalen van de Hubble-parameter, die verband houdt met de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Een van die technieken - de lokale meting genoemd - is gebaseerd op het meten van de afstanden tot relatief nabije exploderende sterren die supernova's worden genoemd. De andere technieken zijn gebaseerd op waarnemingen van verschillende fenomenen op veel grotere afstanden.

"We ontdekten dat er een overeenkomst is tussen vier van de vijf van deze methoden, maar de Hubble-parameter van lokale meting van supernova's is niet in overeenstemming. Het is als een uitschieter, " zei Ishak-Boushaki. "In het bijzonder, er is een duidelijk spanningsveld tussen de lokale meting en die van de Planck-wetenschapsmissie, die de kosmische achtergrondstraling kenmerkte."

Om de zaken nog ingewikkelder te maken, meerdere methoden zijn gebruikt om te bepalen dat lokale meting, en ze produceerden allemaal een vergelijkbare Hubble-waarde, nog steeds het niet eens met Planck en andere resultaten.

"Waarom valt deze lokale meting van de Hubble-parameter op in belangrijke onenigheid met Planck?" vroeg Ishak-Boushaki.

Hij en Lin pasten hun IOI-tool ook toe op vijf sets waarnemingsgegevens met betrekking tot de grootschalige structuur van het universum. De kosmologische parameters berekend met behulp van die vijf datasets waren het sterk oneens, zowel individueel als collectief, met parameters bepaald door waarnemingen van Planck.

"Dit is heel intrigerend. Dit vertelt ons dat het universum op de grootste waarneembare schalen zich anders kan gedragen dan het universum op tussenliggende of lokale schalen, "Zei Ishak-Boushaki. "Dit brengt ons tot de vraag of de zwaartekrachttheorie van Albert Einstein geldig is, van kleine schalen tot zeer grote schalen in het universum."

De onderzoekers van de UT Dallas hebben hun IOI-tool beschikbaar gesteld voor gebruik door andere wetenschappers. Ishak-Boushaki zei dat de Dark Energy Science Collaboration, onderdeel van het Large Synoptic Survey Telescope-project, zal de tool gebruiken om te zoeken naar inconsistenties tussen datasets.

"Deze inconsistenties beginnen nu meer naar voren te komen omdat onze waarnemingen zijn gevorderd tot een niveau van precisie waar we ze kunnen zien, " zei Ishak-Boushaki, die in 2005 zijn eerste artikel over de inconsistenties publiceerde. "We hebben de juiste waarden nodig voor deze kosmologische parameters omdat het belangrijke implicaties heeft voor ons begrip van het universum."